2. Гідронасоси

2.1. Загальні зведення

Гідронасосом називають машину для створення потоку рідкого середовища.

Гідронасос, у якому рідке середовище переміщається під силовим впливом на неї в камері, що постійно повідомляється з входом і виходом насоса, називають динамічним.

Гідронасос, у якому рідке середовище переміщається шляхом періодичної зміни обсягу займаної нею камери, що поперемінно повідомляється з входом і виходом насоса, називають об’ємним.

У гідроприводах машин застосовують переважно гідронасоси об’ємного типу, тому гідроприводи також називають об’ємними.

У техніці дуже велика кількість гідронасосів, всебічний опис яких (теорія, розрахунок, конструкція, експлуатація) викладено в спеціальних підручниках і монографіях. Ми тут обмежуємося розглядом деяких, найбільш розповсюджених у гідроприводах, видів об’ємних гідронасосів.

Розглянемо найбільш важливі поняття і визначення, що характеризують гідронасоси.

Під робочою камерою гідронасоса розуміють замкнутий простір з періодично збільшуємося і зменшуємося об’ємом, що поперемінно повідомляється з всмоктувальним і нагнітальним каналами. Заповнення рідини робочої камери з всмоктувального каналу відбувається внаслідок підйому рідини в всмоктувальній трубі за рахунок атмосферного тиску на рідину в баці. Витиснення рідини з робочої камери в нагнітальний канал здійснюється робочим органом гідронасоса – витискачем, яким є поршень, плунжер, пластина, зубчасте колесо й ін.

Робочий об’єм насоса – різниця найбільшого і найменшого значень замкнутого об’єму за один його оборот ( , , ).

Об’ємна подача насоса – об’єм подаваемої рідини в одиницю часу ( , , ). Об'ємна подача визначається як добуток робочого об’єму на частоту обертання ведучого колеса насоса ( )

(1)

Оскільки замкнутий об’єм при роботі насоса безупинно змінюється, миттєве значення подачі також змінюється.

Ступінь нерівномірності подачі насоса визначається по формулі

(2)

де – максимальне значення подачі; – мінімальне значення подачі; – середня подача.

Зазначена об’ємна подача є теоретичною (геометричною, чи ідеальною). Фактична (ефективна) подача трохи нижче за рахунок об’ємних втрат робочої рідини, обумовлених витоками, тобто перетіканням рідини з порожнини високого в порожнину низького тиску, і неповним заповненням робочих камер.

Об’ємний ККД гідронасоса

(3)

На величину впливають зазори між витискачами і корпусом насоса, стискальність рідини, наявність у рідині розчиненого повітря й інші фактори.

Теоретична потужність на валу насоса

(4)

де – теоретична подача, ; – перепад тисків на насосі, тобто різниця тисків на його вході і виході, .

Момент, що крутить, на валу насоса (теоретичний)

(5)

де – кутова швидкість вала насоса .

При роботі насоса мають місце втрати, обумовлені механічним тертям і гідравлічним опором, що створюють на валу додатковий момент , який потрібно переборювати.

Механічний ККД гідронасоса

(6)

Повний, чи загальний ККД гідронасоса визначається як добуток об’ємного і механічного ККД

(7)

Іноді втрати напору на подолання гідравлічних опорів ( ) враховують не в механічних втратах, а окремо.

У такому випадку вводять поняття гідравлічного ККД

(8)

де – напір насоса.

При цьому загальний ККД гідронасоса визначається

(9)

Необхідна потужність на валу насоса з урахуванням різних втрат

(10)

Насоси з постійним робочим об’ємом називають нерегульованими, а з регульованим об’ємом – регульованими.

Якщо – максимально можливий для даного насоса робочий об’єм, а – поточне значення робочого обсягу, то

(11)

називається коефіцієнтом (чи безрозмірним параметром) регулювання. У регульованих насосах величина змінюється в межах за допомогою установки регулюючого органа. Для нерегульованих насосів .

Зміна знака коефіцієнта регулювання означає, що всмоктувальна лінія насоса стала нагнітальною, а нагнітальна – всмоктувальною.

Насос, у якого можлива зміна напряму руху подаваного рідкого середовища на протилежне, називається насосом з реверсивним потоком, чи просто реверсивним.

Насоси вибирають з каталогів, в основному (не вважаючи конструктивних і економічних розумінь), по двом параметрам – тиску і подачі (замість подачі іноді вказують робочий об’єм; у такому випадку повинна бути відома частота обертання вала насоса). Для вибору приводного електродвигуна потрібно знати частоту обертання вала насоса.

Назва насоса за принципом дії і конструкції часто визначають (ДСТ 17398-72), виходячи з характеру руху ведучої ланки насоса і робочих органів.

Якщо ведуча ланка насоса робить обертальний рух, то насос називають обертальним.

Якщо робочі органи насоса (витискачі) роблять обертальний рух чи обертальний рух разом зі зворотно-поступальним, то (незалежно від характеру руху ведучої ланки) такий насос називається роторним.

Роторний насос з обертальним рухом робочих органів називають роторно-обертальним, а з обертальним разом зі зворотно-поступальним рухом – роторно-поступальним. Якщо в останньому випадку робочі органи насоса виконані у виді поршнів чи плунжерів, то такий насос називається роторно-поршневим, а якщо у виді пластин – пластинчастим.

Зворотно-поступальним називають насос із прямолінійним зворотно-поступальним рухом робочих органів (без їх обертання).

Ми розглянемо п’ять найбільш розповсюджених у гідравлічних приводах насосів:

Шестеренний насос – роторно-обертальний насос з переміщенням рідкого середовища в площині, перпендикулярній осі обертання робочих органів, що виконані у виді шестірень.

Кривошипно-поршневий насос – зворотно-поступальний насос з робочими органами у виді поршнів, з обертальним рухом ведучої ланки і з кривошипно-шатунним механізмом передачі руху до робочих органів.

Р адіально-поршневий насос – роторно-поршневий насос, у якого вісь обертання перпендикулярна осям робочих органів (чи складає з ним кут більш ).

Аксіально-поршневий насос – роторно-поршневий насос, у якого вісь обертання ротора рівнобіжна осям робочих органів (чи складає з ними кут менш чи рівний ).

Пластинчастий насос – роторно-обертальний насос з переміщенням рідкого середовища в площині, перпендикулярній осі обертання робочих органів, що виконані у виді пластин.

У мовні позначення гідронасосів (ДСТ 2.782-68) на гідравлічних схемах показані на рис. 3: а) нереверсивний з постійною подачею; б) реверсивний з постійною подачею; в) нереверсивний з регульованою подачею; г) реверсивний з регульованою подачею.